Япония завершила криогенные токовые испытания крупнейшего сверхпроводящего тороидального поля катушки для ИТЭР

Японский институт квантовой науки и технологий (QST) и компания Toshiba 25 августа объявили, что на строительной площадке Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) они успешно завершили первые криогенные токовые испытания крупнейшей в мире сверхпроводящей тороидальной полевой катушки. Испытания проводились при рабочей температуре около минус 269 градусов по Цельсию и являются важным технологическим этапом на пути ИТЭР к началу эксплуатации.

Сверхпроводящая тороидальная магнитная катушка, установленная в испытательном устройстве

Тороидальная полевая катушка, также называемая TF-катушкой, является ключевым компонентом сверхпроводящей магнитной системы ИТЭР и используется для создания сильного магнитного поля, необходимого для удержания плазмы. В ходе испытаний команда охладила катушку от комнатной температуры до криогенного состояния, подтвердила переход в сверхпроводящее состояние и впервые обеспечила стабильную передачу тока силой 10 000 ампер в сверхпроводящем состоянии катушки.

Испытания также подтвердили эффективность технологии изготовления крупных катушек с использованием деформационно-чувствительного сверхпроводящего проводника из ниобий-триоловянного сплава. Команда также получила ключевые данные, необходимые для работы при криогенных температурах, включая тепловыделение на контактных сопротивлениях, характеристики потока криогенного хладагента и другие параметры. Согласно заявлению, все значения находились в пределах ожидаемого диапазона на этапе проектирования; в процессе охлаждения и подачи тока на катушку утечек хладагента и других неисправностей обнаружено не было, целостность катушки подтверждена.

Сверхпроводящая магнитная система ИТЭР имеет диаметр около 30 метров, общий вес около 10 000 тонн и состоит из 18 D-образных TF-катушек, расположенных по окружности. Отдельная TF-катушка имеет высоту 16,5 метра, ширину 9,2 метра и вес около 310 тонн, состоит из обмоточной части и опорной конструкции. Её обмоточная часть рассчитана на создание магнитного поля напряжённостью до 11,8 тесла, а электромагнитное усилие, воспринимаемое прямолинейным участком, эквивалентно примерно 60 000 тоннам.

Согласно распределению работ по проекту ИТЭР, Япония взяла на себя изготовление 25% TF-проводников, всех 19 TF-конструкций и 9 TF-катушек. QST подписал соглашение о закупке TF-катушек с организацией ИТЭР в 2008 году, затем в сотрудничестве с промышленностью вёл разработку и завершил изготовление 9 TF-катушек в 2023 году.

Данные криогенных токовых испытаний обеспечили эксплуатационные данные для последующих интеграционных испытаний и наладки сверхпроводящей катушечной системы ИТЭР, а также способствуют совершенствованию эксплуатационных процедур, подготовке операторов и заблаговременному выявлению потенциальных рисков. QST заявил, что этот результат демонстрирует, что Япония обладает инженерной базой в области производства крупных сверхпроводящих катушек и технологий криогенной эксплуатации, способной поддерживать исследования и разработки в области термоядерной энергетики.

Основной корпус термоядерного экспериментального реактора ИТЭР и TF-катушки

Конструкция TF-катушки

Готовая TF-катушка